X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=fileintro.tex;h=baef2cac8831f25ca34fe84291dceefcf8889141;hp=628ab8a02d9d551c0cba40d2477bec3829cd3333;hb=ff76d56c6a2c280cbe4f153173488871d7b12336;hpb=6e257bf71f9acd5839dbae72de3dc9523cfb47c9 diff --git a/fileintro.tex b/fileintro.tex index 628ab8a..baef2ca 100644 --- a/fileintro.tex +++ b/fileintro.tex @@ -1,6 +1,6 @@ %% fileintro.tex %% -%% Copyright (C) 2000-2004 Simone Piccardi. Permission is granted to +%% Copyright (C) 2000-2007 Simone Piccardi. Permission is granted to %% copy, distribute and/or modify this document under the terms of the GNU Free %% Documentation License, Version 1.1 or any later version published by the %% Free Software Foundation; with the Invariant Sections being "Prefazione", @@ -19,10 +19,11 @@ file di dati. Questo significa che si può accedere a qualunque periferica del computer, dalla seriale, alla parallela, alla console, e agli stessi dischi attraverso i -cosiddetti file di dispositivo\index{file!di~dispositivo} (i \textit{device - file}). Questi sono dei file speciali agendo sui quali i programmi possono -leggere, scrivere e compiere operazioni direttamente sulle periferiche, usando -le stesse funzioni che si usano per i normali file di dati. +cosiddetti \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (i cosiddetti +\textit{device file}). Questi sono dei file speciali agendo sui quali i +programmi possono leggere, scrivere e compiere operazioni direttamente sulle +periferiche, usando le stesse funzioni che si usano per i normali file di +dati. In questo capitolo forniremo una descrizione dell'architettura dei file in Linux, iniziando da una panoramica sulle caratteristiche principali delle @@ -95,7 +96,7 @@ specificandone il nome\footnote{Il manuale delle \acr{glibc} chiama i nomi \textsl{voci}.} da essa contenuto. All'interno dello stesso albero si potranno poi inserire anche tutti gli altri oggetti visti attraverso l'interfaccia che manipola i file come le fifo, i link, i socket e gli stessi -file di dispositivo \index{file!di~dispositivo} (questi ultimi, per +\index{file!di~dispositivo} file di dispositivo (questi ultimi, per convenzione, sono inseriti nella directory \file{/dev}). Il nome completo di un file viene chiamato \textit{pathname} ed il @@ -135,7 +136,7 @@ Come detto in precedenza, in Unix esistono vari tipi di file; in Linux questi sono implementati come oggetti del \textit{Virtual File System} (vedi sez.~\ref{sec:file_vfs_work}) e sono presenti in tutti i filesystem unix-like utilizzabili con Linux. L'elenco dei vari tipi di file definiti dal -\textit{Virtual File System}\itindex{Virtual~File~System} è riportato in +\itindex{Virtual~File~System} \textit{Virtual File System} è riportato in tab.~\ref{tab:file_file_types}. Si tenga ben presente che questa classificazione non ha nulla a che fare con @@ -146,7 +147,7 @@ Alcuni di essi, come le \textit{fifo} (che tratteremo in sez.~\ref{sec:ipc_named_pipe}) ed i \textit{socket} (che tratteremo in cap.~\ref{cha:socket_intro}) non sono altro che dei riferimenti per utilizzare delle funzionalità di comunicazione fornite dal kernel. Gli altri sono i -\textsl{file di dispositivo} \index{file!di~dispositivo} (o \textit{device +\index{file!di~dispositivo} \textsl{file di dispositivo} (o \textit{device file}) che costituiscono una interfaccia diretta per leggere e scrivere sui dispositivi fisici; essi vengono suddivisi in due grandi categorie, \textsl{a blocchi} e \textsl{a caratteri} a seconda delle modalità in cui il @@ -169,7 +170,7 @@ dispositivo sottostante effettua le operazioni di I/O.\footnote{in sostanza i un file che contiene dei dati (l'accezione normale di file) \\ \textit{directory} & \textsl{cartella o direttorio} & un file che contiene una lista di nomi associati a degli - \textit{inode}\index{inode} (vedi sez.~\ref{sec:file_vfs}). \\ + \index{inode} \textit{inode} (vedi sez.~\ref{sec:file_vfs}). \\ \textit{symbolic link} & \textsl{collegamento simbolico} & un file che contiene un riferimento ad un altro file/directory \\ \textit{char device} & \textsl{dispositivo a caratteri} & @@ -198,10 +199,10 @@ VMS.\footnote{questo vale anche per i dispositivi a blocchi: la strutturazione dell'I/O in blocchi di dimensione fissa avviene solo all'interno del kernel, ed è completamente trasparente all'utente. Inoltre talvolta si parla di \textsl{accesso diretto} riferendosi alla capacità, che non ha niente a che - fare con tutto ciò, di effettuare, attraverso degli appositi file di - dispositivo\index{file!di~dispositivo}, operazioni di I/O direttamente sui - dischi senza passare attraverso un filesystem (il cosiddetto \textit{raw - access}, introdotto coi kernel della serie 2.4.x).} + fare con tutto ciò, di effettuare, attraverso degli appositi + \index{file!di~dispositivo} file di dispositivo, operazioni di I/O + direttamente sui dischi senza passare attraverso un filesystem (il + cosiddetto \textit{raw access}, introdotto coi kernel della serie 2.4.x).} Una seconda differenza è nel formato dei file ASCII: in Unix la fine riga è codificata in maniera diversa da Windows o Mac, in particolare il fine riga è @@ -246,22 +247,27 @@ L'interfaccia bufferizzato in quanto la lettura e la scrittura vengono eseguite chiamando direttamente le system call del kernel (in realtà il kernel effettua al suo interno alcune bufferizzazioni per aumentare l'efficienza nell'accesso ai -dispositivi); i \textit{file descriptor}\index{file!descriptor} sono +dispositivi); i \index{file!descriptor} \textit{file descriptor} sono rappresentati da numeri interi (cioè semplici variabili di tipo \ctyp{int}). L'interfaccia è definita nell'header \file{unistd.h}. La seconda interfaccia è quella che il manuale della \acr{glibc} chiama degli -\textit{stream}\index{file!stream}. Essa fornisce funzioni più evolute e un -accesso bufferizzato (controllato dalla implementazione fatta dalle -\acr{glibc}), la tratteremo in dettaglio nel +\index{file!stream} \textit{stream}.\footnote{in realtà una interfaccia con lo + stesso nome è stata introdotta a livello di kernel negli Unix derivati da + \textit{System V}, come strato di astrazione per file e socket; in Linux + questa interfaccia, che comunque ha avuto poco successo, non esiste, per cui + facendo riferimento agli \index{file!stream} \textit{stream} useremo il + significato adottato dal manuale delle \acr{glibc}.} Essa fornisce funzioni +più evolute e un accesso bufferizzato (controllato dalla implementazione fatta +dalle \acr{glibc}), la tratteremo in dettaglio nel cap.~\ref{cha:files_std_interface}. Questa è l'interfaccia standard specificata dall'ANSI C e perciò si trova -anche su tutti i sistemi non Unix. Gli \textit{stream}\index{file!stream} sono -oggetti complessi e sono rappresentati da puntatori ad un opportuna struttura -definita dalle librerie del C; si accede ad essi sempre in maniera indiretta -utilizzando il tipo \ctyp{FILE *}. L'interfaccia è definita nell'header -\file{stdio.h}. +anche su tutti i sistemi non Unix. Gli \index{file!stream} \textit{stream} +sono oggetti complessi e sono rappresentati da puntatori ad un opportuna +struttura definita dalle librerie del C; si accede ad essi sempre in maniera +indiretta utilizzando il tipo \ctyp{FILE *}. L'interfaccia è definita +nell'header \file{stdio.h}. Entrambe le interfacce possono essere usate per l'accesso ai file come agli altri oggetti del VFS (fifo, socket, dispositivi, sui quali torneremo in @@ -269,8 +275,8 @@ dettaglio a tempo opportuno), ma per poter accedere alle operazioni di controllo (descritte in sez.~\ref{sec:file_fcntl} e sez.~\ref{sec:file_ioctl}) su un qualunque tipo di oggetto del VFS occorre usare l'interfaccia standard di Unix con i \textit{file descriptor}. Allo stesso modo devono essere usati i -\textit{file descriptor} \index{file!descriptor} se si vuole ricorrere a -modalità speciali di I/O come il \textit{file locking}\index{file!locking} o +\index{file!descriptor} \textit{file descriptor} se si vuole ricorrere a +modalità speciali di I/O come il \index{file!locking} \textit{file locking} o l'I/O non-bloccante (vedi cap.~\ref{cha:file_advanced}). Gli \textit{stream} forniscono un'interfaccia di alto livello costruita sopra @@ -279,20 +285,20 @@ diversi stili di bufferizzazione. Il maggior vantaggio degli \textit{stream} è che l'interfaccia per le operazioni di input/output è enormemente più ricca di quella dei \textit{file descriptor}, che forniscono solo funzioni elementari per la lettura/scrittura diretta di blocchi di byte. In -particolare gli \textit{stream}\index{file!stream} dispongono di tutte le +particolare gli \index{file!stream} \textit{stream} dispongono di tutte le funzioni di formattazione per l'input e l'output adatte per manipolare anche i dati in forma di linee o singoli caratteri. In ogni caso, dato che gli stream sono implementati sopra l'interfaccia standard di Unix, è sempre possibile estrarre il \textit{file descriptor} da uno stream ed eseguirvi operazioni di basso livello, o associare in un secondo -tempo uno \textit{stream}\index{file!stream} ad un \textit{file - descriptor}\index{file!descriptor}. +tempo uno \index{file!stream} \textit{stream} ad un \index{file!descriptor} +\textit{file descriptor}. In generale, se non necessitano specificatamente le funzionalità di basso -livello, è opportuno usare sempre gli \textit{stream}\index{file!stream} per +livello, è opportuno usare sempre gli \index{file!stream} \textit{stream} per la loro maggiore portabilità, essendo questi ultimi definiti nello standard -ANSI C; l'interfaccia con i \textit{file descriptor}\index{file!descriptor} +ANSI C; l'interfaccia con i \index{file!descriptor} \textit{file descriptor} infatti segue solo lo standard POSIX.1 dei sistemi Unix, ed è pertanto di portabilità più limitata. @@ -301,18 +307,18 @@ portabilit \section{L'architettura della gestione dei file} \label{sec:file_arch_func} - In questa sezione esamineremo come viene implementato l'accesso ai file in Linux, come il kernel può gestire diversi tipi di filesystem, descrivendo prima le caratteristiche generali di un filesystem di un sistema unix-like, per poi trattare in maniera un po' più dettagliata il filesystem più usato con -Linux, l'\acr{ext2}. +Linux, l'\acr{ext2} (e derivati). \subsection{Il \textit{Virtual File System} di Linux} \label{sec:file_vfs} \itindbeg{Virtual~File~System} + In Linux il concetto di \textit{everything is a file} è stato implementato attraverso il \textit{Virtual File System} (da qui in avanti VFS) che è uno strato intermedio che il kernel usa per accedere ai più svariati filesystem @@ -341,7 +347,7 @@ fig.~\ref{fig:file_VFS_scheme}. Il VFS definisce un insieme di funzioni che tutti i filesystem devono implementare. L'interfaccia comprende tutte le funzioni che riguardano i file; le operazioni sono suddivise su tre tipi di oggetti: \textit{filesystem}, -\textit{inode}\index{inode} e \textit{file}, corrispondenti a tre apposite +\index{inode} \textit{inode} e \textit{file}, corrispondenti a tre apposite strutture definite nel kernel. Il VFS usa una tabella mantenuta dal kernel che contiene il nome di ciascun @@ -371,7 +377,7 @@ Gli altri due descrittori usati dal VFS sono relativi agli altri due oggetti su cui è strutturata l'interfaccia. Ciascuno di essi contiene le informazioni relative al file in uso, insieme ai puntatori alle funzioni dello specifico filesystem usate per l'accesso dal VFS; in particolare il descrittore -dell'inode\index{inode} contiene i puntatori alle funzioni che possono essere +\index{inode} dell'inode contiene i puntatori alle funzioni che possono essere usate su qualunque file (come \func{link}, \func{stat} e \func{open}), mentre il descrittore di file contiene i puntatori alle funzioni che vengono usate sui file già aperti. @@ -381,17 +387,17 @@ sui file gi \label{sec:file_vfs_work} La funzione più importante implementata dal VFS è la system call \func{open} -che permette di aprire un file. Dato un \itindex{pathname}\textit{pathname} +che permette di aprire un file. Dato un \itindex{pathname} \textit{pathname} viene eseguita una ricerca dentro la \textit{directory entry cache} (in breve \textit{dcache}), una tabella che contiene tutte le \textit{directory entry} (in breve \textit{dentry}) che permette di associare in maniera rapida ed efficiente il \textit{pathname} a una specifica \textit{dentry}. Una singola \textit{dentry} contiene in genere il puntatore ad un -\textit{inode}\index{inode}; quest'ultimo è la struttura base che sta sul +\index{inode} \textit{inode}; quest'ultimo è la struttura base che sta sul disco e che identifica un singolo oggetto del VFS sia esso un file ordinario, una directory, un link simbolico, una FIFO, un file di -dispositivo\index{file!di~dispositivo}, o una qualsiasi altra cosa che possa +\index{file!di~dispositivo} dispositivo, o una qualsiasi altra cosa che possa essere rappresentata dal VFS (i tipi di file riportati in tab.~\ref{tab:file_file_types}). A ciascuno di essi è associata pure una struttura che sta in memoria, e che, oltre alle informazioni sullo specifico @@ -399,28 +405,28 @@ file, contiene anche il riferimento alle funzioni (i \textsl{metodi} del VFS) da usare per poterlo manipolare. Le \textit{dentry} ``vivono'' in memoria e non vengono mai salvate su disco, -vengono usate per motivi di velocità, gli \textit{inode}\index{inode} invece +vengono usate per motivi di velocità, gli \index{inode} \textit{inode} invece stanno su disco e vengono copiati in memoria quando serve, ed ogni cambiamento -viene copiato all'indietro sul disco, gli inode\index{inode} che stanno in -memoria sono inode\index{inode} del VFS ed è ad essi che puntano le singole +viene copiato all'indietro sul disco, gli \index{inode} inode che stanno in +memoria sono \index{inode} inode del VFS ed è ad essi che puntano le singole \textit{dentry}. La \textit{dcache} costituisce perciò una sorta di vista completa di tutto l'albero dei file, ovviamente per non riempire tutta la memoria questa vista è parziale (la \textit{dcache} cioè contiene solo le \textit{dentry} per i file per i quali è stato richiesto l'accesso), quando si vuole risolvere un nuovo -\itindex{pathname}\textit{pathname} il VFS deve creare una nuova -\textit{dentry} e caricare l'inode\index{inode} corrispondente in memoria. +\itindex{pathname} \textit{pathname} il VFS deve creare una nuova +\textit{dentry} e caricare \index{inode} l'inode corrispondente in memoria. -Questo procedimento viene eseguito dal metodo \code{lookup()} -dell'inode\index{inode} della directory che contiene il file; questo viene -installato nelle relative strutture in memoria quando si effettua il montaggio -lo specifico filesystem su cui l'inode va a vivere. +Questo procedimento viene eseguito dal metodo \code{lookup()} \index{inode} +dell'inode della directory che contiene il file; questo viene installato nelle +relative strutture in memoria quando si effettua il montaggio lo specifico +filesystem su cui l'inode va a vivere. Una volta che il VFS ha a disposizione la \textit{dentry} (ed il relativo \textit{inode}) diventa possibile accedere alle varie operazioni sul file come la \func{open} per aprire il file o la \func{stat} per leggere i dati -dell'inode\index{inode} e passarli in user space. +\index{inode} dell'inode e passarli in user space. L'apertura di un file richiede comunque un'altra operazione, l'allocazione di una struttura di tipo \struct{file} in cui viene inserito un puntatore alla @@ -500,7 +506,7 @@ superblock (ma sulle caratteristiche di \acr{ext2} torneremo in sez.~\ref{sec:file_ext2}). È comunque caratteristica comune di tutti i filesystem per Unix, indipendentemente da come poi viene strutturata nei dettagli questa informazione, prevedere una divisione fra la lista degli -inode\index{inode} e lo spazio a disposizione per i dati e le directory. +\index{inode} inode e lo spazio a disposizione per i dati e le directory. \begin{figure}[htb] \centering @@ -532,13 +538,13 @@ particolare \begin{enumerate} -\item L'\textit{inode}\index{inode} contiene tutte le informazioni riguardanti - il file: il tipo di file, i permessi di accesso, le dimensioni, i puntatori - ai blocchi fisici che contengono i dati e così via; le informazioni che la - funzione \func{stat} fornisce provengono dall'\textit{inode}; dentro una - directory si troverà solo il nome del file e il numero - dell'\textit{inode}\index{inode} ad esso associato, cioè quella che da qui - in poi chiameremo una \textsl{voce} (come traduzione dell'inglese +\item L'\textit{inode} \index{inode} contiene tutte le informazioni + riguardanti il file: il tipo di file, i permessi di accesso, le dimensioni, + i puntatori ai blocchi fisici che contengono i dati e così via; le + informazioni che la funzione \func{stat} fornisce provengono + dall'\textit{inode}; dentro una directory si troverà solo il nome del file e + il numero \index{inode} dell'\textit{inode} ad esso associato, cioè quella + che da qui in poi chiameremo una \textsl{voce} (come traduzione dell'inglese \textit{directory entry}, che non useremo anche per evitare confusione con le \textit{dentry} del kernel di cui si parlava in sez.~\ref{sec:file_vfs}). @@ -549,18 +555,18 @@ particolare file vengono effettivamente rimossi dal disco. Per questo la funzione per cancellare un file si chiama \func{unlink}, ed in realtà non cancella affatto i dati del file, ma si limita ad eliminare la relativa voce da una - directory e decrementare il numero di riferimenti - nell'\textit{inode}\index{inode}. + directory e decrementare il numero di riferimenti \index{inode} + nell'\textit{inode}. \item Il numero di \textit{inode} nella voce si riferisce ad un \textit{inode} nello stesso filesystem e non ci può essere una directory che contiene - riferimenti ad \textit{inode}\index{inode} relativi ad altri filesystem. + riferimenti ad \index{inode} \textit{inode} relativi ad altri filesystem. Questo limita l'uso del comando \cmd{ln} (che crea una nuova voce per un file esistente, con la funzione \func{link}) al filesystem corrente. \item Quando si cambia nome ad un file senza cambiare filesystem, il contenuto del file non viene spostato fisicamente, viene semplicemente creata una - nuova voce per l'\textit{inode}\index{inode} in questione e rimossa la + nuova voce per \index{inode} l'\textit{inode} in questione e rimossa la vecchia (questa è la modalità in cui opera normalmente il comando \cmd{mv} attraverso la funzione \func{rename}). @@ -571,7 +577,7 @@ riferimenti anche per le directory; per cui, se a partire dalla situazione mostrata in fig.~\ref{fig:file_filesys_detail} creiamo una nuova directory \file{img} nella directory \file{gapil}, avremo una situazione come quella in fig.~\ref{fig:file_dirs_link}, dove per chiarezza abbiamo aggiunto dei numeri -di inode\index{inode}. +di \index{inode} inode. \begin{figure}[htb] \centering @@ -617,7 +623,7 @@ non sono presenti sugli altri filesystem Unix. Le principali sono le seguenti: in fase di creazione, a seconda delle sue esigenze (blocchi più grandi permettono un accesso più veloce, ma sprecano più spazio disco). \item il filesystem implementa link simbolici veloci, in cui il nome del file - non è salvato su un blocco, ma tenuto all'interno dell'inode\index{inode} + non è salvato su un blocco, ma tenuto all'interno \index{inode} dell'inode (evitando letture multiple e spreco di spazio), non tutti i nomi però possono essere gestiti così per limiti di spazio (il limite è 60 caratteri). \item vengono supportati i file immutabili (che possono solo essere letti) per @@ -650,23 +656,18 @@ superblock principale. \label{fig:file_ext2_dirs} \end{figure} -L'utilizzo di raggruppamenti di blocchi ha inoltre degli effetti positivi nelle -prestazioni dato che viene ridotta la distanza fra i dati e la tabella degli -inode\index{inode}. +L'utilizzo di raggruppamenti di blocchi ha inoltre degli effetti positivi +nelle prestazioni dato che viene ridotta la distanza fra i dati e la tabella +degli \index{inode} inode. -Le directory sono implementate come una \itindex{linked~list}\textit{linked +Le directory sono implementate come una \itindex{linked~list} \textit{linked list} con voci di dimensione variabile. Ciascuna voce della lista contiene -il numero di inode\index{inode}, la sua lunghezza, il nome del file e la sua +il numero di inode \index{inode}, la sua lunghezza, il nome del file e la sua lunghezza, secondo lo schema in fig.~\ref{fig:file_ext2_dirs}; in questo modo è possibile implementare nomi per i file anche molto lunghi (fino a 1024 caratteri) senza sprecare spazio disco. -%%% Local Variables: -%%% mode: latex -%%% TeX-master: "gapil" -%%% End: - % LocalWords: everything is device kernel filesystem sez pathname root glibc % LocalWords: path filename bootloader proc name components fifo socket dev LF % LocalWords: resolution chroot parent Virtual System like tab cap l'I regular @@ -678,3 +679,9 @@ caratteri) senza sprecare spazio disco. % LocalWords: multiplexing mmap fsync fasync seek MacOs group dall' dell' img % LocalWords: count unlink nell' rename gapil second Tb attributes BSD SVr gid % LocalWords: sgid append only log fs linux extented linked list + + +%%% Local Variables: +%%% mode: latex +%%% TeX-master: "gapil" +%%% End: